道光十年（1830年）秋任湖北布政使，翌年春調(diào)任河南布政使，擢東河河道總督。從六月到次年七月，林則徐先后任湖北、河南、江寧布政使。面對(duì)關(guān)系到河道民生重大問(wèn)題，決心“破除情面”，“力振因循”，以求“弊除帑節(jié)，工固瀾安。”為了治理黃河，親自頂著寒風(fēng)，步行幾百里，對(duì)備用的幾千個(gè)治水商梁秸進(jìn)行檢查，還將沿河地勢(shì)，水流情況。繪畫(huà)張掛，便于了解和治理。
道光十二年（1832年）一月，調(diào)任江蘇巡撫。從這一年起到十六年間，他對(duì)農(nóng)業(yè)、漕務(wù)、水利、救災(zāi)、吏治各方面都做出過(guò)成績(jī)，尤重提倡新的農(nóng)耕技術(shù)，推廣新農(nóng)具。他在實(shí)踐活動(dòng)中認(rèn)識(shí)到：“地力必資人力，土功皆屬農(nóng)功。水道多一分之疏通，即田疇多一分之利賴(lài)。”林則徐這種農(nóng)耕思想，是在實(shí)際考察中體驗(yàn)出來(lái)的。
道光十七年（1837年）正月，升湖廣總督。面對(duì)湖北境內(nèi)每到夏季大河常泛濫成災(zāi)，林則徐采取有力措施，提出“修防兼重”，使“江漢數(shù)千里長(zhǎng)堤，安瀾普慶，并支河里堤，亦無(wú)一處漫口，”對(duì)保障江漢沿岸州縣的生命財(cái)產(chǎn)，做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。
道光十八年（1838年），鴻臚寺卿黃爵滋上疏主張以死罪嚴(yán)懲吸食者，道光帝令各地督撫各抒己見(jiàn)。林則徐堅(jiān)決支持黃爵滋的嚴(yán)禁主張，提出六條具體禁煙方案，并率先在湖廣實(shí)施，成績(jī)卓著。八月，他上奏指出，歷年禁煙失敗在于不能?chē)?yán)禁。警告：“若猶泄泄視之，是使數(shù)十年后中原幾無(wú)可以御敵之兵，且無(wú)可以充餉之銀。”九月應(yīng)召進(jìn)京，在連續(xù)八次召見(jiàn)中，力陳禁煙的重要性和禁煙方略。十一月受命為欽差大臣，前往廣東禁煙，并節(jié)制廣東水師，查辦海口。
道光十九年（1839年）正月抵廣州。他會(huì)同兩廣總督鄧廷楨等傳訊洋商，令外國(guó)煙販限期交出鴉片。采取撤買(mǎi)辦工役、封索商館等正義措施，挫敗英國(guó)駐華商務(wù)監(jiān)督義律和煙販的狡賴(lài)，收繳英國(guó)躉船上的全部鴉片。四月二十二（6月3日）起在虎門(mén)海灘銷(xiāo)煙，20天中銷(xiāo)毀鴉片19179箱、2119袋，共計(jì)2376254斤。在此期間，林則徐注意了解外國(guó)情況，組織翻譯西文書(shū)報(bào)，供制定對(duì)策、辦理交涉參考。所譯資料，先后輯有《四洲志》、《華事夷言》、《滑達(dá)爾各國(guó)律例》等，成為中國(guó)近代最早介紹外國(guó)的文獻(xiàn)。為防范外國(guó)侵略，林則徐大力整頓海防，積極備戰(zhàn)，購(gòu)置外國(guó)大-炮加強(qiáng)炮臺(tái)，搜集外國(guó)船炮圖樣準(zhǔn)備仿制。他堅(jiān)信民心可用，組織地方團(tuán)練，從沿海漁民、村戶(hù)中招募水勇，操練教習(xí)。七月因義律拒不交出殺害中國(guó)村民的英國(guó)水手，又不肯具結(jié)保證不再夾帶鴉片，他下令斷絕澳門(mén)英商接濟(jì)。義律訴諸武力，挑起九龍炮戰(zhàn)和穿鼻洋海戰(zhàn)。林則徐親赴虎門(mén)布防，督師數(shù)敗英軍。十一月遵旨停止中英貿(mào)易。十九年十二月實(shí)授兩廣總督。此時(shí)他已覺(jué)察英國(guó)正蓄意發(fā)動(dòng)侵華戰(zhàn)爭(zhēng)，以所得西方消息五次奏請(qǐng)令沿海各省備戰(zhàn)。
道光二十年（1840年）六月，鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)開(kāi)始后，英軍攻粵閩未逞，改攻浙江，陷定海，再北侵大沽。道光帝驚恐求和，歸咎林則徐在廣東“辦理不善”，屢次下旨斥責(zé)。九月林則徐被革職，留粵備查問(wèn)。但仍奔走察看要隘，籌募?jí)延率匦l(wèi)廣州，反對(duì)欽差大臣琦善畏敵求和。繼而向主持粵戰(zhàn)的奕山上防御建議，不被采納。
道光二十一年（1841年）三月受命赴浙江協(xié)辦海防。在浙積極籌議戰(zhàn)守，提供炮書(shū)，幫助研制新式炮車(chē)和車(chē)輪戰(zhàn)船。五月道光帝以廣東戰(zhàn)敗，歸咎前任，林則徐被革去四品卿銜，從重懲處，充軍伊犁。途經(jīng)鎮(zhèn)江，授老友魏源以《四洲志》及有關(guān)外國(guó)資料，囑撰《海國(guó)圖志》。旋因黃河在河南開(kāi)封祥符決口，釀成水患，奉旨往河南黃河工地治河，工竣仍戍伊犁。
1841年5月，林則徐獲罪免職后不久，廣東民眾就質(zhì)問(wèn)英軍：“爾自謂船炮無(wú)敵，何不于林制府任內(nèi)攻犯廣東？”可見(jiàn)，當(dāng)時(shí)不少民眾認(rèn)為：如果朝廷不撤換林則徐，英國(guó)人是斷不能取勝的。
這種思想在當(dāng)時(shí)是很有些“民-意基礎(chǔ)”的。1841年1月，閩浙總督顏伯燾和新任浙江巡撫劉韻珂主張重新起用獲罪革職的林則徐，其理由之一正是“該夷所畏忌。”鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)之后的三部史著《道光洋艦征撫記》、《夷氛聞?dòng)洝�、《中西紀(jì)事》，皆把后來(lái)廣東戰(zhàn)事的失敗，歸結(jié)于林則徐的去職；將各地戰(zhàn)事的受挫，歸結(jié)于當(dāng)?shù)貨](méi)有林則徐。
盡管眾口一詞，但將英軍沒(méi)有直接進(jìn)攻廣東的原因解讀為英國(guó)-軍人害怕與林則徐交戰(zhàn)，是違背基本史實(shí)的。英軍之所以沒(méi)有進(jìn)攻廣東，并不是害怕林則徐，而是他們的既定計(jì)劃就是舍棄廣東，撇開(kāi)林則徐，北上清朝政治勢(shì)力的中心地區(qū)，尋找比林則徐官職更高的官員解決爭(zhēng)端。一旦談判不成，將在長(zhǎng)江下游和北方地區(qū)繼續(xù)開(kāi)戰(zhàn)。